Упорядоченные массивы нанокристаллов диоксида ванадия с обратимым фазовым переходом полупроводник-металл на наноструктурах кремния тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Мутилин Сергей Владимирович

• Мутилин Сергей Владимирович
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Мутилин Сергей Владимирович

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Основные свойства фазового перехода полупроводник-металл в диоксиде ванадия

1.2. Фазовая диаграмма оксидов ванадия

1.3. Методы формирования наноструктур VO2

1.4. Выводы по главе

Глава 2. Поликристаллические пленки VO2

2.1. Синтез поликристаллических пленок VO2

2.2. Исследование структуры и морфологии пленок VO2

2.2.1. Влияние условий синтеза на структуру и морфологию пленок VO2

2.2.2. Влияние подложки на преимущественную ориентацию пленок У02

2.2.3. Исследование структуры пленок VO2 при фазовом переходе с помощью комбинационного рассеяния света

2.3. Исследование фазового перехода в высококачественных пленках У02

2.3.1. Изменение спектра отражения при температурном фазовом переходе

2.3.2. Электрические свойства высококачественных пленок VO2

2.4. Выводы по главе

Глава 3. Массивы вертикальных нитевидных нанокристаллов VO2

3.1. Нанострукурированние подложки кремния

3.2. Бескаталитический синтез массивов нитевидных нанокристаллов VO2 на нанострукурированных подложках кремния

3.3. Особенности роста массивов нитевидных нанокристаллов VO2

3.4. Температурный фазовый переход в нитевидных нанокристаллох VO2

3.5. Перспективы развития метода формирования массивов нитевидных нанокристаллов У02

3.6. Выводы по главе

Глава 4. Нанокристаллы VO2 на вершинах острых кремниевых игл

4.1. Селективный синтез нанокристаллов VO2 на вершинах острых кремниевых игл

4.1.1. Влияние кривизны поверхности на зародышеобразование и рост нанокристаллов У02

4.1.2. Рост нанокристаллов VO2 на поверхностях с малой кривизной

4.2. Высококачественные нанокристаллы VO2 на вершинах острых игл

4.2.1. Влияние температуры синтеза на свойства кристаллов оксида ванадия

4.2.2. Влияние длительности синтеза на морфологию кристаллов VO2

4.3. Формирование массива одиночных нанокристаллов VO2 на вершинах острых игл

4.4. Особенности синтеза нанокристаллов VO2 на острых ребрах кремниевых игл

4.5. Перспективные применения селективного синтеза нанокристаллов VO2 на острых ребрах кремниевых наноструктур

4.6. Выводы по главе

Глава 5. Резистивные переключения в нанокристалле VO2 с внедренной в него

острой иглой

5.1. Формирование резистивного переключателя на основе нанокристалла У02

5.2. Температурный фазовый переход в пленке и нанокристалле VO2

5.3. Фазовый переход в пленках VO2 под действием электрического поля

5.4. Фазовый переход в нанокристалле VO2 под действием квазипостоянного электрического поля

5.5. Фазовый переход в пленке и нанокристалле под действием импульсного электрического поля

5.6. Стабильность и длительность работы переключателя на основе нанокристалла VO2

5.7. Выводы по главе

Заключение

Благодарности

Список сокращений и условных обозначений

Публикации по теме диссертации

Список литературы

Введение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Упорядоченные массивы нанокристаллов диоксида ванадия с обратимым фазовым переходом полупроводник-металл на наноструктурах кремния»

Актуальность темы исследования

В результате более чем полувекового развития кремниевая технология практически достигла предельных размеров устройств и скоростей обработки информации. В настоящее время ведется активный поиск материалов с новыми функциональными свойствами, которые позволят добиться дальнейшего прогресса в электронике и фотонике. Ожидается, что устройства на основе таких материалов будут сверхкомпактными, энергоэффективными и сверхбыстрыми, способными выполнять свои задачи за малые субпико- и фемтосекундные времена [1]. Оксидные и коррелированные материалы являются многообещающими кандидатами для будущей наноэлектроники и нанофотоники [2]. Диоксид ванадия (У02) в настоящее время является наиболее интенсивно изучаемым полупроводниковым материалом с сильно коррелированными электронами [3, 4]. Его ключевой особенностью является то, что он испытывает резкий, обратимый фазовый переход полупроводник-металл при температуре, близкой к комнатной (68 °С). Во время фазового перехода электронные, оптические и механические свойства VO2 резко меняются (проводимость - до 100 тысяч раз, коэффициент преломления - в разы). Диоксид ванадия испытывает структурный и электронный фазовые переходы, причем последний может происходить за сверхбыстрые времена (26 фс). Такие уникальные свойства фазового перехода в VO2 открывают многообещающие возможности для применения в ряде новых устройств, в частности, в нейроморфных системах [5, 6]. Экспериментально и теоретически продемонстрировано, что активные мемристоры на основе поликристаллических пленок VO2 могут полностью воспроизвести все характеристики известных моделей биологических нейронов [7].

До недавнего времени в основном синтезировались и исследовались поликристаллические пленки VO2. Формирование структур и устройств на основе пленок VO2 имеет ряд существенных ограничений. Одно из них заключается в наличии структурного фазового перехода, когда кристаллическая решетка VO2 трансформируется из моноклинной (М) полупроводниковой в тетрагональную металлическую фазу. Это сопровождается

изменением постоянной решетки почти на 1%, что приводит к появлению сильных механических напряжений на границе раздела с подложкой и последующему образованию трещин в структурах VO2 [8]. Совсем недавно количество переключений, которое выдерживали пленки из-за возникающих механических напряжений, не превышало одного миллиона, что означало деградацию прибора после секунды воздействия мегагерцового сигнала. Это один из основных недостатков, препятствующих созданию качественных и долговечных устройств на основе VO2. Другой немаловажной проблемой является то, что массовое производство устройств на основе VO2 требует их совместимости с хорошо развитой планарной кремниевой

технологией. Отсутствие подходящих подложек, в том числе для эпитаксиального роста VO 2, и принципиальные трудности создания долговечных устройств на основе поликристаллических пленок VO2 являются основными проблемами для интеграции VO2 с кремниевой технологией. По этой же причине широко используемый подход «сверху - вниз» применяемый при создании кремниевых наноустройств для структур У02 оказывается существенно ограниченным.

В связи с этим, в последние годы наблюдается всплеск интереса к наноразмерным монокристаллам VO2, в частности, к нитевидным нанокристаллам. Такие объекты имеют малую площадь контакта с подложкой и большое отношение поверхности к объему, поэтому при фазовом переходе возникающие механические напряжения оказываются ниже предела упругости в них. Это существенным образом улучшает их стабильность и долговечность при многократных переключениях. В нанокристаллах VO2 реализуется уникальный резкий однодоменный фазовый переход [9], который заметно отличается от фазового перехода в поликристаллических (многодоменных) пленках VO2, где он протекает перколяционно. Однако, до сих пор удавалось сформировать только отдельные нанокристаллы VO2, расположенные на подложках в произвольных местах и имеющие случайные размеры и случайную пространственную ориентацию [10], что существенным образом тормозит широкое применение устройств на их основе. Хотя нанокристаллы У02 имеют большие перспективы для практических применений, в настоящий момент отсутствует технология формирования высококачественных упорядоченных массивов наноструктур VO2. Селективный воспроизводимый синтез высококачественных нанокристаллов У02 с высокой степенью контроля положения и ориентации остается одной их важнейших и нерешенных на сегодняшний день проблем как для фундаментальных исследований, так и для практических применений материала VO2.

Цель диссертационной работы заключалась в установлении основных закономерностей селективного формирования одиночных высококачественных нанокристаллов диоксида ванадия и их массивов на наноструктурированных кремниевых подложках для устройств наноэлектроники.

Основные задачи работы

1. Установление особенностей и основных механизмов селективного роста вертикальных нитевидных нанокристаллов VO2 на вершинах кремниевых наностолбиков с квадратным сечением с помощью химического осаждения из газовой фазы. Определение кристаллической структуры выращенных нитевидных нанокристталлов и направления их роста.

2. Определение величины изменения сопротивления при температурном фазовом переходе полупроводник-металл и ширины гистерезиса сопротивления нитевидных нанокристаллов У02.

3. Определение особенностей зарождения и роста одиночных монокристаллических нанокристаллов VO2 на искривленных поверхностях кремния с малым радиусом кривизны в виде наноострых игл. Установление влияния основных параметров синтеза на структурное качество и морфологию выращенных одиночных нанокристаллов VO2 на вершинах игл

4. Разработка резистивного переключателя на основе одиночного нанокристалла У02, синтезированного на вершине острой иглы и определение основных характеристик фазового перехода полупроводник-металл в нем. Определение порогового напряжения, затрачиваемой мощности и энергии на одно переключение в резистивном переключателе на основе нанокристалла У02 под действием внешнего электрического поля. Оценка общего числа резистивных переключений.

Научная новизна

1. Предложен новый способ селективного синтеза массивов высококачественных нитевидных нанокристаллов VO2 с помощью химического осаждения из газовой фазы на наноструктурированных подложках кремния в виде массива наностолбиков. Установлено, что вертикальные нитевидные нанокристаллы У02 имеют диффузионный характер роста. Показано, что наибольшая скорость роста У02 наблюдается вдоль направления [100].

2. Разработан способ селективного синтеза высококачественных нанокристаллов У02 на искривленных поверхностях кремния с малым радиусом кривизны. Установлены особенности зарождения и роста нанокристаллов У02 на искривленных поверхностях кремния в виде острых игл. Установлено, что барьер зародышеобразования на вершине наноострой иглы ниже, чем на плоской поверхности подложки. Показано, что скорость роста кристалла на вершине острой иглы выше, чем на плоской поверхности. Установлено влияние основных параметров синтеза на морфологию и состав выращенных кристаллов. Впервые показана возможность селективного синтеза массивов одиночных нанокристаллов VO2 на вершинах острых кремниевых игл, выполняющих роль контактов.

3. Предложен и экспериментально реализован новый дизайн резистивного нанопереключателя на основе монокристалла У02 с внедренной в него наноострой кремниевой иглой. Показано, что наличие острого контакта внутри нанокристалла уменьшает величину порогового напряжения фазового перехода в У02 более, чем в десять раз по сравнению с плоскими контактами. Установлено, что в нанокристалле с внедренной в него острой иглой, при резистивном переключении из высокоомного в низкоомное состояние, формируется тонкий проводящий канал диаметром, сравнимым с радиусом кривизны иглы. Из импульсных измерений показано, что величина энергии, затрачиваемой на одно переключение, не превышает 4,2 фДж. Общее количество циклов переключений без изменения свойств кристалла составляет более 21011 раз.

Практическая значимость работы

1. Впервые предложен способ синтеза высокоточных массивов одинаковых нитевидных нанокристаллов VO2 с контролируемым расположением, периодом, размером и кристаллографической ориентацией, перспективный для формирования перестраиваемых метаматериалов и фотонных кристаллов, чувствительных к температуре, свету, механическим деформациям и другим воздействиям. Разработанный метод формирования массивов нитевидных нанокристаллов VO2, полностью совместим со стандартной кремниевой технологией. Это открывает новые возможности для динамического управления светом, в том числе для развития быстродействующих систем передачи и обработки информации.

2. Разработан оригинальный подход формирования трехмерных гибридных наноструктур: монокристалл VO2 с внедренной в него острой проводящей кремниевой иглой и одиночных нанокристаллов У02 на вершинах массивов острых кремниевых игл с плотностью элементов один миллион на квадратный сантиметр. Описанный подход исключает процедуру нано-совмещения и использует «дешевую» кремниевую технологию. Такие массивы перспективны для создания широкого спектра приборов наноэлектроники и нанофотоники.

3. Разработаны и экспериментально сформированы уникальные резистивные переключатели — устройства на основе нанокристаллов VO2, которые демонстрируют энергоэффективность, сравнимую с эффективностью биологического нейрона, высокое быстродействие, стабильность и долговечность. Фазовый переход в кристалле У02 достигается с помощью малого управляющего напряжения, что открывает путь к реализации больших нейроморфных систем с низким энергопотреблением, способных конкурировать с человеческим мозгом. Массивы таких переключателей будут перспективны для формирования биогибридных структур, нейрокомпьютеров и наносенсоров.

Методология и методы исследования

Предметом исследования являлись нанокристаллы диоксида ванадия синтезированные методом химического осаждения из газовой фазы на наноструктурированных подложках кремния.

В качестве основных методов исследования использовались сканирующая электронная микроскопия, просвечивающая электронная микроскопия, рентгенофазный анализ, измерения импульсных высокочастотных сигналов, измерения температурной зависимости вольтамперных характеристик.

Научные положения, выносимые на защиту

1. Упорядоченные массивы вертикальных нитевидных нанокристаллов VO2 селективно формируются на наноструктурированных подложках кремния в виде массива столбиков с квадратным сечением с использованием химического осаждения из газовой фазы. Обратимый фазовый переход полупроводник-металл в нитевидных нанокристаллах VO2 имеет резкий однодоменный характер.

2. На вершине кремниевой иглы с радиусом кривизны порядка 10 нм селективно формируется и растет высококачественный монокристаллический нанокристалл VO2 моноклинной фазы P2i/c при химическом осаждении из газовой фазы. Его размеры могут более, чем в десять раз превышать размеры нанокристаллов на плоской поверхности.

3. Нанокристалл VO2 с двумя контактами, один из которых является встроенной в него острой кремниевой иглой, демонстрирует обратимые резистивные переключения из высокоомного в низкоомное состояние при малом пороговом напряжении, составляющем около 100 мВ. При превышении порогового значения напряжения в нанокристалле формируется тонкий высокопроводящий канал диаметром, сравнимым с радиусом кривизны иглы. Величина энергии, затрачиваемой на одно переключение в таком кристалле, не превышает 4,2 фДж. Общее число воспроизводимых и стабильных переключений превосходит 21011 раз.

Достоверность результатов и апробация работы

Достоверность результатов, представленных в диссертации, обеспечивается использованием, хорошо зарекомендовавших себя методов синтеза материалов и структур, применением стандартной кремниевой технологии для формирования микро- и наноструктур, а также использованием современных экспериментальных методов исследования сформированных объектов. Полученные результаты имеют высокую воспроизводимость на большой выборке структур и согласуются с имеющимися теоретическими и экспериментальными работами других авторов.

Основные результаты, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались на конкурсах работ молодых учёных ИФП СО РАН, на конкурсе научных работ ИФП СО РАН, лабораторных и институтских семинарах, а также на 17 российских и международных конференциях: 22nd International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices (EDM), Республика Алтай, 2021; 21st International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices (EDM), Республика Алтай, 2020; Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных -«Ломоносов-2021», Москва, 2021; Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных - «Ломоносов-2020», Москва, 2020; Школе молодых ученых «Актуальные проблемы полупроводниковых наносистем» - АППМ -2020, Новосибирск, 2020;

Школе молодых ученых «Актуальные проблемы полупроводниковых наносистем» - АППМ -2019, Новосибирск, 2019; 17-ой Российской научной студенческой конференции по физике твердого тела (ФТТ-2020), Томск, 2020; XVI международной школе-семинаре «Эволюция дефектных структур в конденсированных средах» (ЭДС-2020), Барнаул, 2020; XIV Российской конференции по физике полупроводников, Новосибирск, 2019; Российской конференции по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники (с участием иностранных ученых) - Фотоника, Новосибирск, 2019; Российской конференции по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники (с участием иностранных ученых) - Фотоника, Новосибирск, 2015; 8-ом Российском семинаре по волоконным лазерам, Новосибирск, 2018; Всероссийской научной конференции с международным участием III Байкальском материаловедческом форуме, Улан-Удэ, 2018; Всероссийской научной конференции с международным участием II Байкальском материаловедческом форуме, Улан-Удэ, 2015; XI Конференции и X Школе молодых ученых и специалистов по актуальным проблемам физики, материаловедения, технологии и диагностики кремния, нанометровых структур и приборов на его основе - "Кремний-2016", Новосибирск, 2016; 24th Int. Symp. "Nanostructutes: Physics and Technology", Saint-Petersburg, 2016; XII Российской конференции по физике полупроводников, Звенигород, 2015.

Публикации

По теме диссертации опубликованы 23 работы, из них 7 публикаций в изданиях, индексируемых в базах данных Web of Science и Scopus, включая 4 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК и 16 тезисов в трудах российских и международных конференций. Полный список публикаций по теме диссертации приведен в конце работы.

Личный вклад автора

Представленные в диссертации основные результаты получены автором лично или при его участии. Вклад соискателя состоит в проектировании и контроле изготовления экспериментальных образцов, в проведении электрических и температурных измерений, анализе, обобщении и интерпретации экспериментальных данных, написании научных статей и тезисов конференций, а также представлении полученных результатов на научных семинарах и конференциях.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 140 страниц, включая 54 рисунка. Список литературы включает 226 наименований.

Глава 1. Обзор литературы

В данной главе представлен обзор работ, посвященных диоксиду ванадия (У02) -материалу с коррелированными электронами, испытывающему фазовый переход полупроводник-металл. Описаны основные свойства фазового перехода, которые привлекают исследователей; кратко рассмотрены механизмы фазового перехода. Отдельное внимание уделяется формированию пленок и нанокристаллов, содержащих только одну кристаллическую фазу У02. Обсуждаются проблемы практического применения пленок У02 в приборах и акцентируется перспективность применения наноразмерных монокристаллов У02, как основы для будущих функциональных устройств. Приведены примеры современного состояния исследований по формированию таких наноструктур.

Подробно, со свойствами У02 и его перспективными практическими применениями можно ознакомиться в обзорах последних лет, ссылки на некоторые из которых приведены ниже. Описание свойств диоксида ванадия можно найти в обзорах [11-13]. Рассуждения о природе и механизмах фазового перехода описаны в работах [3, 14, 15]. Перспективные применения структур и приборов на основе У02 перечислены в обзорах [4, 16, 17]. Подробное описание методов формирования наноструктур оксидов ванадия представлены в обзорах [10, 18, 19].

1.1. Основные свойства фазового перехода полупроводник-металл в диоксиде ванадия

Диоксид ванадия (У02) - один из самых необычных полупроводниковых материалов с сильно коррелированными электронами, в котором при температуре 68°С наблюдается обратимый фазовый переход первого рода полупроводник-металл [20]. Помимо температурного воздействия, инициировать фазовый переход в У02 можно приложением значительного электрического поля, оптическим возбуждением, внесением достаточно больших механических напряжений и пр. [21-24]. При этом происходит обратимый структурный переход кристаллической решетки от моноклинной к тетрагональной. Структурный переход сопровождается изменением зонной структуры вблизи уровня Ферми, в результате чего происходит переход из полупроводникового состояния в металлическое [20, 25]. Во время фазового перехода основные физические характеристики материала, такие как постоянная решетки, показатель преломления и удельное сопротивление, претерпевают значительные и резкие изменения. Так, например, под действием температуры происходит мартенситное превращение (бездиффузионная трансформация кристаллической решетки), сопровождаемое резким изменением электропроводности вплоть до 105 раз [26]. Оптические константы (Дп и Дк) изменяются больше, чем на один порядок в телекоммуникационной области длин волн [27,

28]. Показатель преломления V02 изменяется от 3.21+г0.17 до 2.15+^2.79 (на длине волны 1550 нм) между диэлектрической и металлической фазами соответственно [29].

В литературе принято разделять две составляющие фазового перехода: переход полупроводник-металл (ППМ), когда резко (скачкообразно) изменяется проводимость (диэлектрическая постоянная, коэффициент прохождения волны) материала и структурный фазовый переход (СФП), когда изменяется структура кристаллической решетки V02 с моноклинной на тетрагональную. Если ППМ происходит за сверхбыстрые времена, то СПФ куда более медленный процесс, определяемый скоростью измерения термодинамического равновесия системы, скоростью звука в V02 и количеством дефектов в кристалле [30]. Примечательно, что переключение из полупроводникового в металлическое состояние в V02 может происходить за времена 26 фс при импульсном оптическом возбуждении [31]. При тепловом возбуждении характерные времена фазового перехода в V02 составляют от порядка 1 мкс до суб-наносекунд и определяются размерами области перехода и теплопередачей с окружающим пространством [32]. Также было показано, что отдельные кристаллиты в тонких пленках V02 выдерживают более 1010 циклов переключения без существенного ухудшения своих свойств [33], что чрезвычайно важно для практических применений. Из-за таких необычных свойств, материал V02 рассматривается как основа для многих новых функциональных устройств, таких как резистивные переключатели, резистивные элементы памяти, тепловые переключатели, голографические носители записи, перестраиваемые отражающие зеркала, энергоэффективные окна и многие другие [34-37].

Рассмотрим подробней трансформацию кристаллической решетки V02 при фазовом переходе. Кристаллическая структура V02 в полупроводниковой и металлической (рутильной) фазе показана на рисунке 1.1. При температуре выше температуры фазового перехода V02 имеет тетрагональную кристаллическую решетку с пространственной группой P42/mnm. Элементарная ячейка содержит 2 атома ванадия и 4 атома кислорода, ее параметры: а = Ь = 0,455 нм, с = 0,286 нм. В этой высокотемпературной фазе атомы располагаются по форме рутила, то есть атомы ванадия (V), образующие тетрагональную решетку, окружены атомами кислорода (О) образующие форму октаэдров. В направлении единичного вектора с расстояние между ближайшими атомами V - V равно 0,287 нм. При фазовом переходе соседние атомы ванадия в цепочке перемещаются вертикально навстречу друг другу (димеризуются) и немного отклоняются от оси с рутила, так что ось, соединяющая два этих атома, становится наклонена к исходной оси с. Это структурное изменение приводит к понижению симметрии и эффективному удвоению элементарной ячейки. При температуре ниже температуры фазового перехода V02 имеет моноклинную кристаллическую решетку с пространственной группой P21/c. В элементарной ячейке содержится уже 4 атома ванадия и 8 атомов кислорода, ее

параметры: а = 0,575 нм, Ь = 0,452 нм, с = 0,538 нм, в = 122,6°. Теперь расстояние между димеризоваными атомами ванадия составляет 0,265 нм, а между соседними димерами 0,312 нм. Считается, что именно димеризация атомов ванадия ответственна за переход металл-полупроводник в У02. В моноклинной решетке ё-электроны атомов ванадия становятся более локализованными в димерах У-У, что приводит к проявлению полупроводниковых свойств у У02 [11]. Важно отметить, что при фазовых превращениях из моноклинной структуры в тетрагональную, постоянная решетки в направлении с увеличивается примерно на 1%, а в направлениях а и Ь уменьшается на ~ 0,6% и ~ 0,4%, соответственно. Изменение общего объема составляет примерно 0,045% [38]. В макрообразцах скрытая теплота перехода составляет 4,27 кДж/моль, т.е. трансформация кристаллической решетки из моноклинной в тетрагональную сопровождается поглощением энергии. В случае с нанокристаллами У02, скрытая теплота перехода составляет около 2,78 кДж/моль, что несколько ниже, чем для макроскопических систем даже с учетом того, что скрытая теплота включает в себя вклад изменения энтропии [39]. Это ожидаемо, поскольку нанокристаллические системы имеют значительно более высокое отношение поверхности к объему, что снижает энергию, необходимую для структурного преобразования, из-за более высокой доли поверхностных атомов, для которых требуется меньше энергии для изменения положения в решетке, чем для атомов в объеме.

Рисунок 1.1. Кристаллические структуры У02. а) Низкотемпературный моноклинный полупроводник. б) Высокотемпературный рутиловый металл. Элементарные ячейки обозначены сплошными линиями. Атомы ванадия представлены красными шарами, атомы кислорода - синими. Адаптировано с [40].

Теперь рассмотрим подробнее изменение зонной структуры У02 при фазовом переходе полупроводник-металл и обратно. Общая зонная структура для полупроводниковой М-фазы и

металлической R-фазы V02 была построена на основе доработанной зонной теории для невзаимодействующих электронов [41]. Фазовый переход при этом описывается как следствие перестройки кристаллической решетки. Зонная структура V02 определяется 3d-орбиталями ванадия и 2р-орбиталями кислорода (рисунок 1.2). Согласно этой модели, для рутильной кристаллической решетки из-за октаэдрической ориентации атомов кислорода вокруг атомов ванадия происходит расщепление 3d орбитали ванадия на ^ (п зона) орбитали с более низкой энергией и eg (о зона) орбитали с более высокой энергией. Кроме того, состояния

расположенные вблизи уровня Ферми, расщепляются на состояния d||, которые направлены

*

вдоль оси с рутильной решетки, и остальные состояния п , см. рисунок 1.2. Уровень Ферми расположен в пересекающихся п и d|| разрешенных зонах, что приводит к металлической проводимости у V02. В моноклинной фазе димеризация атомов ванадия, расположенных вдоль

оси с рутильной решетки, вызывает расщепление d|| зоны на заполненные связанные d|| и пустые

**

антисвязанные d|| состояния. В то же время п зона смещается выше по энергиям относительно уровня Ферми из-за антисегнетоэлектрического зигзагообразного смещения атомов ванадия. В результате формируется запрещенная зона электронных состояний, которая располагается между зоной связанных состояний d|| и п зоной, образованной ^ орбиталями. Расстояние между расщепленными зонами d|| составляет приблизительно 2,5 эВ, а положение п зоны увеличиваются примерно на 0,5 эВ [42]. Ширина запрещенной зоны, в которой расположен уровень Ферми, составляет примерно 0,6 эВ, что подтверждено экспериментально [43]; это приводит к тому, что V02 находится в полупроводниковом состоянии. Таким образом, необходимыми компонентами для перехода металла в полупроводник являются расщепление зоны d|| из-за димеризации V-V, а также сдвиг по энергии вверх п зоны выше энергии Ферми Еб из-за наклона димеризованной связи V-V относительно рутильной с оси.

В модели независимых электронов комбинация этих изменений электронных зон открывает запрещенную зону в полупроводниковой фазе М1, как показано на рисунке 1.2. Такое упрощенное описание электронной структуры V02 на основе расположения атомов ванадия и кислорода в кристаллической решетке дает неплохое объяснение свойств фазового перехода и часто используется по сей день, хотя современные теории и компьютерное моделирование электронной структуры вносят некоторые важные исправления.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Мутилин Сергей Владимирович, 2022 год

Список литературы

1. Chai Z. Ultrafast All-Optical Switching / Chai Z., Hu X., Wang F., Niu X., Xie J., Gong Q. // Advanced Optical Materials - 2017. - Т. 5 - № 7 - С.1600665.

2. Coll M. Towards Oxide Electronics: a Roadmap / Coll M., Fontcuberta J., Althammer M., Granozio F.M. // Applied Surface Science - 2019. - Т. 482 - С.1-93.

3. Brahlek M. Opportunities in vanadium-based strongly correlated electron systems / Brahlek M., Zhang L., Lapano J., Zhang H.-T., Engel-Herbert R., Shukla N., Datta S., Paik H., Schlom D.G. // MRS Communications - 2017. - Т. 7 - № 1 - С.27-52.

4. Ke Y. Vanadium Dioxide: The Multistimuli Responsive Material and Its Applications / Ke Y., Wang S., Liu G., Li M., White T.J., Long Y. // Small - 2018. - Т. 14 - № 39 - С.1802025.

5. Velichko A. Thermal coupling and effect of subharmonic synchronization in a system of two VO 2 based oscillators / Velichko A., Belyaev M., Putrolaynen V., Perminov V., Pergament A. // Solid-State Electronics - 2018. - Т. 141 - С.40-49.

6. You Zhou Mott Memory and Neuromorphic Devices / You Zhou, Ramanathan S. // Proceedings of the IEEE - 2015. - Т. 103 - № 8 - С.1289-1310.

7. Yi W. Biological plausibility and stochasticity in scalable VO2 active memristor neurons / Yi W., Tsang K.K., Lam S.K., Bai X., Crowell J.A., Flores E.A. // Nature Communications - 2018. - Т. 9 -№ 1 - С.4661.

8. Liu T.-J.K.CMOS and Beyond / T.-J. K. Liu, K. Kuhn - Cambridge: Cambridge University Press, 2015.

9. Mun B.S. Nonpercolative metal-insulator transition in VO2 single crystals / Mun B.S., Chen K., Yoon J., Dejoie C., Tamura N., Kunz M., Liu Z., Grass M.E., Mo S.-K., Park C., Lee Y.Y., Ju H. // Physical Review B - 2011. - Т. 84 - № 11 - С.113109.

10. Zhang Y. Recent Progress on Vanadium Dioxide Nanostructures and Devices: Fabrication, Properties, Applications and Perspectives / Zhang Y., Xiong W., Chen W., Zheng Y. // Nanomaterials - 2021. - Т. 11 - № 2 - С.338.

11. Shao Z. Recent progress in the phase-transition mechanism and modulation of vanadium dioxide materials / Shao Z., Cao X., Luo H., Jin P. // NPG Asia Materials - 2018. - Т. 10 - № 7 - С.581-605.

12. Liu K. Recent progresses on physics and applications of vanadium dioxide / Liu K., Lee S., Yang S., Delaire O., Wu J. // Materials Today - 2018. - Т. 21 - № 8 - С.875-896.

13. Lu C. Dynamic Manipulation of THz Waves Enabled by Phase-Transition VO2 Thin Film / Lu C., Lu Q., Gao M., Lin Y. // Nanomaterials - 2021. - Т. 11 - № 1 - С.114.

14. Zhou Y. Correlated Electron Materials and Field Effect Transistors for Logic: A Review / Zhou Y., Ramanathan S. // Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences - 2013. - Т. 38 - № 4 -С.286-317.

15. Grandi F. Unraveling the Mott-Peierls intrigue in vanadium dioxide / Grandi F., Amaricci A., Fabrizio M. // Physical Review Research - 2020. - Т. 2 - № 1 - С.013298.

16. Faucheu J. A Review of Vanadium Dioxide as an Actor of Nanothermochromism: Challenges and Perspectives for Polymer Nanocomposites / Faucheu J., Bourgeat-Lami E., Prevot V. // Advanced Engineering Materials - 2018. - С.1800438.

17. Wang S. Vanadium dioxide for energy conservation and energy storage applications: Synthesis and performance improvement / Wang S., Owusu K.A., Mai L., Ke Y., Zhou Y., Hu P., Magdassi S., Long

Y. // Applied Energy - 2018. - T. 211 - C.200-217.

18. Xue X. Review on nanomaterials synthesized by vapor transport method: growth and their related applications / Xue X., Zhou Z., Peng B., Zhu M.M., Zhang Y.J., Ren W., Ye Z.G., Chen X., Liu M. // RSC Adv. - 2015. - T. 5 - № 97 - C.79249-79263.

19. Shi R. Recent advances in fabrication strategies, phase transition modulation, and advanced applications of vanadium dioxide / Shi R., Shen N., Wang J., Wang W., Amini A., Wang N., Cheng C. // Applied Physics Reviews - 2019. - T. 6 - № 1 - C.011312.

20. Morin F.J. Oxides Which Show a Metal-to-Insulator Transition at the Neel Temperature / Morin F.J. // Physical Review Letters - 1959. - T. 3 - № 1 - C.34-36.

21. Stefanovich G. Electrical switching and Mott transition in VO 2 / Stefanovich G., Pergament A., Stefanovich D. // Journal of Physics: Condensed Matter - 2000. - T. 12 - № 41 - C.8837-8845.

22. Becker M.F. Femtosecond laser excitation of the semiconductor- metal phase transition in VO 2 / Becker M.F., Buckman A.B., Walser R.M., Lepine T., Georges P., Brun A. // Applied Physics Letters - 1994. - T. 65 - № 12 - C.1507-1509.

23. Park J.H. Measurement of a solid-state triple point at the metal-insulator transition in VO2 / Park J.H., Coy J.M., Kasirga T.S., Huang C., Fei Z., Hunter S., Cobden D.H. // Nature - 2013. - T. 500 - № 7463 - C.431-434.

24. Koo H. Effect of lattice misfit on the transition temperature of VO2 thin film / Koo H., Yoon S., Kwon O.-J., Ko K.-E., Shin D., Bae S.-H., Chang S.-H., Park C. // Journal of Materials Science -2012. - T. 47 - № 17 - C.6397-6401.

25. Aetukuri N.B. Control of the metal-insulator transition in vanadium dioxide by modifying orbital occupancy / Aetukuri N.B., Gray A.X., Drouard M., Cossale M., Gao L., Reid A.H., Kukreja R., Ohldag H., Jenkins C.A., Arenholz E., Roche K.P., Dürr H.A., Samant M.G., Parkin S.S.P. // Nature Physics - 2013. - T. 9 - № 10 - C.661-666.

26. Schlag H.J. New sputter process for VO2 thin films and examination with MIS-elements and C-V-measurements / Schlag H.J., Scherber W. // Thin Solid Films - 2000. - T. 366 - № 1-2 - C.28-31.

27. Kana Kana J.B. Thermally tunable optical constants of vanadium dioxide thin films measured by spectroscopic ellipsometry / Kana Kana J.B., Ndjaka J.M., Vignaud G., Gibaud A., Maaza M. // Optics Communications - 2011. - T. 284 - № 3 - C.807-812.

28. Sun J. Analyzing optical properties of thin vanadium oxide films through semiconductor-to-metal phase transition using spectroscopic ellipsometry / Sun J., Pribil G.K. // Applied Surface Science -2017. - T. 421 - C.819-823.

29. Briggs R.M. Compact silicon photonic waveguide modulator based on the vanadium dioxide metal-insulator phase transition / Briggs R.M., Pryce I.M., Atwater H.A. // Optics Express - 2010. - T. 18 - № 11 - C.11192.

30. Zhu Y. Mesoscopic structural phase progression in photo-excited VO2 revealed by time-resolved x-ray diffraction microscopy / Zhu Y., Cai Z., Chen P., Zhang Q., Highland M.J., Jung I.W., Walko D.A., Dufresne E.M., Jeong J., Samant M.G., Parkin S.S.P., Freeland J.W., Evans P.G., Wen H. // Scientific Reports - 2016. - T. 6 - № 1 - C.21999.

31. Jager M.F. Tracking the insulator-to-metal phase transition in VO 2 with few-femtosecond extreme UV transient absorption spectroscopy / Jager M.F., Ott C., Kraus P.M., Kaplan C.J., Pouse W., Marvel R.E., Haglund R.F., Neumark D.M., Leone S.R. // Proceedings of the National Academy of Sciences -2017. - T. 114 - № 36 - C.9558-9563.

32. Karda K. A Self-Consistent, Semiclassical Electrothermal Modeling Framework for Mott Devices / Karda K., Mouli C., Ramanathan S., Alam M.A. // IEEE Transactions on Electron Devices - 2018. -T. 65 - № 5 - C.1672-1678.

33. Radu I.P. Switching mechanism in two-terminal vanadium dioxide devices / Radu I.P., Govoreanu

B., Mertens S., Shi X., Cantoro M., Schaekers M., Jurczak M., Gendt S. De, Stesmans A., Kittl J.A., Heyns M., Martens K. // Nanotechnology - 2015. - T. 26 - № 16 - C.165202.

34. Yang Z. Oxide Electronics Utilizing Ultrafast Metal-Insulator Transitions / Yang Z., Ko C., Ramanathan S. // Annual Review of Materials Research - 2011. - T. 41 - № 1 - C.337-367.

35. Nakano M. Infrared-sensitive electrochromic device based on VO 2 / Nakano M., Shibuya K., Ogawa N., Hatano T., Kawasaki M., Iwasa Y., Tokura Y. // Applied Physics Letters - 2013. - T. 103 -№ 15 - C.153503.

36. Kats M.A. Vanadium Dioxide as a Natural Disordered Metamaterial: Perfect Thermal Emission and Large Broadband Negative Differential Thermal Emittance / Kats M.A., Blanchard R., Zhang S., Genevet P., Ko C., Ramanathan S., Capasso F. // Physical Review X - 2013. - T. 3 - № 4 - C.041004.

37. Rios C. On-Chip Photonic Memory Elements Employing Phase-Change Materials / Rios C., Hosseini P., Wright C.D., Bhaskaran H., Pernice W.H.P. // Advanced Materials - 2014. - T. 26 - № 9

- C.1372-1377.

38. Kucharczyk D. Accurate X-ray determination of the lattice parameters and the thermal expansion coefficients of VO 2 near the transition temperature / Kucharczyk D., Niklewski T. // Journal of Applied Crystallography - 1979. - T. 12 - № 4 - C.370-373.

39. Blagojevic V.A. Influence of dimensionality on phase transition in VO2 nanocrystals / Blagojevic V.A., ObradovicN., Cvjeticanin N., Minic D.M. // Science of Sintering - 2013. - T. 45 - № 3 -

C.305-311.

40. Wegkamp D. Ultrafast dynamics during the photoinduced phase transition in VO2 / Wegkamp D., Stähler J. // Progress in Surface Science - 2015. - T. 90 - № 4 - C.464-502.

41. Goodenough J.B. The two components of the crystallographic transition in VO2 / Goodenough J.B. // Journal of Solid State Chemistry - 1971. - T. 3 - № 4 - C.490-500.

42. Shin S. Vacuum-ultraviolet reflectance and photoemission study of the metal-insulator phase transitions in VO2 / Shin S., Suga S., Taniguchi M., Fujisawa M., Kanzaki H., Fujimori A., Daimon H., Ueda Y., Kosuge K., Kachi S. // Physical Review B - 1990. - T. 41 - № 8 - C.4993-5009.

43. Qazilbash M.M. Mott Transition in VO2 Revealed by Infrared Spectroscopy and Nano-Imaging / Qazilbash M.M., Brehm M., Chae B.-G., Ho P.-C., Andreev G.O., Kim B.-J., Yun S.J., Balatsky A. V., Maple M.B., Keilmann F., Kim H.-T., Basov D.N. // Science - 2007. - T. 318 - № 5857 -C.1750-1753.

44. Zylbersztejn A. Metal-insulator transition in vanadium dioxide / Zylbersztejn A., Mott N.F. // Physical Review B - 1975. - T. 11 - № 11 - C.4383-4395.

45. Eyert V. The metal-insulator transitions of VO2: A band theoretical approach / Eyert V. // Annalen der Physik - 2002. - T. 11 - № 9 - C.650-704.

46. Rice T.M. Comment on "V O2: Peierls or Mott-Hubbard? A View from Band Theory" / Rice T.M., Launois H., Pouget J.P. // Physical Review Letters - 1994. - T. 73 - № 22 - C.3042-3042.

47. Adler D. Theory of Semiconductor-To-Metal Transitions / Adler D., Brooks H. // Physical Review

- 1967. - T. 155 - № 3 - C.826-840.

48. Wentzcovitch R.M. VO2 : Peierls or Mott-Hubbard? A view from band theory / Wentzcovitch

R.M., Schulz W.W., Allen P.B. // Physical Review Letters - 1994. - T. 72 - № 21 - C.3389-3392.

49. Pouget J.P. Dimerization of a linear Heisenberg chain in the insulating phases of V1-xCrxO2 / Pouget J.P., Launois H., Rice T.M., Dernier P., Gossard A., Villeneuve G., Hagenmuller P. // Physical Review B - 1974. - T. 10 - № 5 - C.1801-1815.

50. Pouget J.P. Electron Localization Induced by Uniaxial Stress in Pure VO2 / Pouget J.P., Launois H., D'Haenens J.P., Merenda P., Rice T.M. // Physical Review Letters - 1975. - T. 35 - № 13 -C.873-875.

51. Bianconi A. Multiplet splitting of final-state configurations in x-ray-absorption spectrum of metal VO2: Effect of core-hole-screenin / Bianconi A. // Physical Review B - 1982. - T. 26 - № 6 -C.2741-2747.

52. Biermann S. Dynamical Singlets and Correlation-Assisted Peierls Transition in VO2 / Biermann S., Poteryaev A., Lichtenstein A.I., Georges A. // Physical Review Letters - 2005. - T. 94 - № 2 -C.026404.

53. Wen W. Photoinduced phase transitions in two-dimensional charge-density-wave 1T-TaS 2 / Wen W., Dang C., Xie L. // Chinese Physics B - 2019. - T. 28 - № 5 - C.058504.

54. Hubbard J. Electron correlations in narrow energy bands III. An improved solution / Hubbard J. // Proceedings of the Royal Society of London. Series A. Mathematical and Physical Sciences - 1964. -T. 281 - № 1386 - C.401-419.

55. Mott N.F. The transition to the metallic state / Mott N.F. // Philosophical Magazine - 1961. - T. 6

- № 62 - C.287-309.

56. Kotliar G. Strongly Correlated Materials: Insights From Dynamical Mean-Field Theory / Kotliar G., Vollhardt D. // Physics Today - 2004. - T. 57 - № 3 - C.53-59.

57. Imada M. Metal-insulator transitions / Imada M., Fujimori A., Tokura Y. // Reviews of Modern Physics - 1998. - T. 70 - № 4 - C.1039-1263.

58. Graham H. Jensen Temperature-Dependent Femtosecond Pump-Probe Spectroscopy of Thin-Film Vanadium Dioxide / Graham H. Jensen - 2014.

59. Emery V.J. Superconductivity in Bad Metals / Emery V.J., Kivelson S.A. // Physical Review Letters - 1995. - T. 74 - № 16 - C.3253-3256.

60. Lee S. Anomalously low electronic thermal conductivity in metallic vanadium dioxide / Lee S., Hippalgaonkar K., Yang F., Hong J., Ko C., Suh J., Liu K., Wang K., Urban J.J., Zhang X., Dames C., Hartnoll S.A., Delaire O., Wu J. // Science - 2017. - T. 355 - № 6323 - C.371-374.

61. Nag J. Synthesis of vanadium dioxide thin films and nanoparticles / Nag J., Haglund Jr R.F. // Journal of Physics: Condensed Matter - 2008. - T. 20 - № 26 - C.264016.

62. Balu R. Near-zero IR transmission in the metal-insulator transition of VO2 thin films / Balu R., Ashrit P. V. // Applied Physics Letters - 2008. - T. 92 - № 2 - C.021904.

63. Maruyama T. Vanadium dioxide thin films prepared by chemical vapour deposition from vanadium(III) acetylacetonate / Maruyama T., Ikuta Y. // Journal of Materials Science - 1993. - T. 28

- № 18 - C.5073-5078.

64. Gurvitch M. VO2 films with strong semiconductor to metal phase transition prepared by the precursor oxidation process / Gurvitch M., Luryi S., Polyakov A., Shabalov A., Dudley M., Wang G., Ge S., Yakovlev V. // Journal of Applied Physics - 2007. - T. 102 - № 3 - C.033504.

65. Kovacs G.J. Effect of the substrate on the insulator-metal transition of vanadium dioxide films /

Kovacs G.J., Bürger D., Skorupa I., Reuther H., Heller R., Schmidt H. // Journal of Applied Physics -2011. - T. 109 - № 6 - C.063708.

66. Shi Q. Terahertz transmission characteristics across the phase transition in VO 2 films deposited on Si, sapphire, and SiO 2 substrates / Shi Q., Huang W., Wu J., Zhang Y., Xu Y., Zhang Y., Qiao S., Yan J. // Journal of Applied Physics - 2012. - T. 112 - № 3 - C.033523.

67. Yi X. A new fabrication method for vanadium dioxide thin films deposited by ion beam sputtering / Yi X., Chen C., Liu L., Wang Y., Xiong B., Wang H., Chen S. // Infrared Physics & Technology -2003. - T. 44 - № 2 - C.137-141.

68. Bian J. Thickness-modulated metal-insulator transition of VO2 film grown on sapphire substrate by MBE / Bian J., Wang M., Sun H., Liu H., Li X., Luo Y., Zhang Y. // Journal of Materials Science -2016. - T. 51 - № 13 - C.6149-6155.

69. O.M. Osmolovskaya, I.V. Murin VM S. and M.G.O. SYNTHESIS OF VANADIUM DIOXIDE THIN FILMS AND NANOPOWDERS: A BRIEF REVIEW / O.M. Osmolovskaya, I.V. Murin V.M.S. and M.G.O. // Rev.Adv. Mater. Sci. - 2014. - T. 36 - C.70-74.

70. Zhu H.-F. Near-perfect terahertz wave amplitude modulation enabled by impedance matching in VO 2 thin films / Zhu H.-F., Du L.-H., Li J., Shi Q.-W., Peng B., Li Z.-R., Huang W.-X., Zhu L.-G. // Applied Physics Letters - 2018. - T. 112 - № 8 - C.081103.

71. Ko C. Work Function of Vanadium Dioxide Thin Films Across the Metal-Insulator Transition and the Role of Surface Nonstoichiometry / Ko C., Yang Z., Ramanathan S. // ACS Applied Materials & Interfaces - 2011. - T. 3 - № 9 - C.3396-3401.

72. Zimmers A. Role of Thermal Heating on the Voltage Induced Insulator-Metal Transition in VO2 / Zimmers A., Aigouy L., Mortier M., Sharoni A., Wang S., West K.G., Ramirez J.G., Schuller I.K. // Physical Review Letters - 2013. - T. 110 - № 5 - C.056601.

73. Chang Y.J. Surface versus bulk characterizations of electronic inhomogeneity in a VO2 film / Chang Y.J., Yang J.S., Kim Y.S., Kim D.H., Noh T.W., Kim D.-W., Oh E., Kahng B., Chung J.-S. // Physical Review B - 2007. - T. 76 - № 7 - C.075118.

74. Qazilbash M.M. Nanoscale imaging of the electronic and structural transitions in vanadium dioxide / Qazilbash M.M., Tripathi A., Schafgans A.A., Kim B.-J., Kim H.-T., Cai Z., Holt M. V., Maser J.M., Keilmann F., Shpyrko O.G., Basov D.N. // Physical Review B - 2011. - T. 83 - № 16 - C.165108.

75. Stroud D. Generalized effective-medium approach to the conductivity of an inhomogeneous material / Stroud D. // Physical Review B - 1975. - T. 12 - № 8 - C.3368-3373.

76. Shi R. Axial Modulation of Metal-Insulator Phase Transition of VO 2 Nanowires by Graded Doping Engineering for Optically Readable Thermometers / Shi R., Wang J., Cai X., Zhang L., Chen P., Liu S., Zhang L., Ouyang W., Wang N., Cheng C. // The Journal of Physical Chemistry C - 2017. -T. 121 - № 44 - C.24877-24885.

77. Singh D. In situ nanomechanical behaviour of coexisting insulating and metallic domains in VO2 microbeams / Singh D., Viswanath B. // Journal of Materials Science - 2017. - T. 52 - № 10 -C.5589-5599.

78. Fisher B. Switching VO2 Single Crystals and Related Phenomena: Sliding Domains and Crack Formation / Fisher B., Patlagan L. // Materials - 2017. - T. 10 - № 5 - C.554.

79. Singh D. Direct measurement of nanomechanical actuation across phase transition in VO2 crystals / Singh D., B. V. // Scripta Materialia - 2017. - T. 141 - C.24-27.

80. Horrocks G.A. Scalable Hydrothermal Synthesis of Free-Standing VO 2 Nanowires in the M1

Phase / Horrocks G.A., Singh S., Likely M.F., Sambandamurthy G., Banerjee S. // ACS Applied Materials & Interfaces - 2014. - T. 6 - № 18 - C.15726-15732.

81. Cesca T. Correlation between in situ structural and optical characterization of the semiconductor-to-metal phase transition of VO 2 thin films on sapphire / Cesca T., Scian C., Petronijevic E., Leahu

G., Li Voti R., Cesarini G., Macaluso R., Mosca M., Sibilia C., Mattei G. // Nanoscale - 2020. - T. 12

- № 2 - C.851-863.

82. Clarke H. Nucleation-controlled hysteresis in unstrained hydrothermal VO2 particles / Clarke H., Carraway B.D., Sellers D.G., Braham E.J., Banerjee S., Arróyave R., Shamberger P.J. // Physical Review Materials - 2018. - T. 2 - № 10 - C.103402.

83. Lin T. Influence of lattice distortion on phase transition properties of polycrystalline VO2 thin film / Lin T., Wang L., Wang X., Zhang Y., Yu Y. // Applied Surface Science - 2016. - T. 379 - C.179-185.

84. Nakano M. Distinct Substrate Effect on the Reversibility of the Metal-Insulator Transitions in Electrolyte-Gated VO 2 Thin Films / Nakano M., Okuyama D., Shibuya K., Mizumaki M., Ohsumi H., Yoshida M., Takata M., Kawasaki M., Tokura Y., Arima T., Iwasa Y. // Advanced Electronic Materials - 2015. - T. 1 - № 7 - C.1500093.

85. Dou S. Facile preparation of double-sided VO2 (M) films with micro-structure and enhanced thermochromic performances / Dou S., Wang Y., Zhang X., Tian Y., Hou X., Wang J., Li X., Zhao J., Li Y. // Solar Energy Materials and Solar Cells - 2017. - T. 160 - C.164-173.

86. Lu Y. Transparent optically vanadium dioxide thermochromic smart film fabricated via electrospinning technique / Lu Y., Xiao X., Cao Z., Zhan Y., Cheng H., Xu G. // Applied Surface Science - 2017. - T. 425 - C.233-240.

87. Sohn J.I. Direct Observation of the Structural Component of the Metal-Insulator Phase Transition and Growth Habits of Epitaxially Grown VO 2 Nanowires / Sohn J.I., Joo H.J., Porter A.E., Choi C.-J., Kim K., Kang D.J., Welland M.E. // Nano Letters - 2007. - T. 7 - № 6 - C.1570-1574.

88. Wang Y. Defect-engineered epitaxial VO 2±5 in strain engineering of heterogeneous soft crystals / Wang Y., Sun X., Chen Z., Cai Z., Zhou H., Lu T.-M., Shi J. // Science Advances - 2018. - T. 4 - № 5

- C.eaar3679.

89. Zhang J. Self-Assembling VO 2 Nanonet with High Switching Performance at Wafer-Scale / Zhang J., Jin H., Chen Z., Cao M., Chen P., Dou Y., Zhao Y., Li J. // Chemistry of Materials - 2015. -T. 27 - № 21 - C.7419-7424.

90. Cheng C. Self-Assembly and Horizontal Orientation Growth of VO2 Nanowires / Cheng C., Guo

H., Amini A., Liu K., Fu D., Zou J., Song H. // Scientific Reports - 2015. - T. 4 - № 1 - C.5456.

91. Xie B.H. Preparation and enhanced infrared response properties of ordered W-doped VO2 nanowire array / Xie B.H., Fu W.B., Fei G.T., Xu S.H., Gao X.D., Zhang L. De // Applied Surface Science - 2018. - T. 436 - C.1061-1066.

92. Makarevich A. Hydrothermal epitaxy growth of self-organized vanadium dioxide 3D structures with metal-insulator transition and THz transmission switch properties / Makarevich A., Makarevich O., Ivanov A., Sharovarov D., Eliseev A., Amelichev V., Boytsova O., Gorodetsky A., Navarro-Cía M., Kaul A. // CrystEngComm - 2020. - T. 22 - № 15 - C.2612-2620.

93. Guiton B.S. Single-Crystalline Vanadium Dioxide Nanowires with Rectangular Cross Sections / Guiton B.S., Gu Q., Prieto A.L., Gudiksen M.S., Park H. // Journal of the American Chemical Society

- 2005. - T. 127 - № 2 - C.498-499.

94. Maeng J. Fabrication, structural and electrical characterization of VO2 nanowires / Maeng J., Kim

T.-W., Jo G., Lee T. // Materials Research Bulletin - 2008. - T. 43 - № 7 - C.1649-1656.

95. Cao J. Strain engineering and one-dimensional organization of metal-insulator domains in single-crystal vanadium dioxide beams / Cao J., Ertekin E., Srinivasan V., Fan W., Huang S., Zheng H., Yim J.W.L., Khanal D.R., Ogletree D.F., Grossman J.C., Wu J. // Nature Nanotechnology - 2009. - T. 4 -№ 11 - C.732-737.

96. Zhang Z. Nanoscale Engineering in VO 2 Nanowires via Direct Electron Writing Process / Zhang Z., Guo H., Ding W., Zhang B., Lu Y., Ke X., Liu W., Chen F., Sui M. // Nano Letters - 2017. - T. 17

- № 2 - C.851-855.

97. Wu J.M. Room temperature photo-induced phase transitions of VO2 nanodevices / Wu J.M., Liou L B. // Journal of Materials Chemistry - 2011. - T. 21 - № 14 - C.5499.

98. Strelcov E. In Situ Monitoring of the Growth, Intermediate Phase Transformations and Templating of Single Crystal VO 2 Nanowires and Nanoplatelets / Strelcov E., Davydov A. V., Lanke U., Watts C., Kolmakov A. // ACS Nano - 2011. - T. 5 - № 4 - C.3373-3384.

99. Cheng C. Self-Assembly and Horizontal Orientation Growth of VO2 Nanowires / Cheng C., Guo H., Amini A., Liu K., Fu D., Zou J., Song H. // Scientific Reports - 2015. - T. 4 - № 1 - C.5456.

100. Cheng C. Ultra-long, free-standing, single-crystalline vanadium dioxide micro/nanowires grown by simple thermal evaporation / Cheng C., Liu K., Xiang B., Suh J., Wu J. // Applied Physics Letters -2012. - T. 100 - № 10 - C.103111.

101. Liang J. Room temperature NO2 sensing performance of free-standing mesh-structure vanadium dioxide nanorods by a chemical vapour deposition method / Liang J., Li W., Liu J., Hu M. // Journal of Alloys and Compounds - 2016. - T. 687 - C.845-854.

102. Xiong W.M. Morphology-controlled epitaxial vanadium dioxide low-dimensional structures: the delicate effects on the phase transition behaviors / Xiong W.M., Shao J., Zhang Y.Q., Chen Y., Zhang X.Y., Chen W.J., Zheng Y. // Physical Chemistry Chemical Physics - 2018. - T. 20 - № 21 -C.14339-14347.

103. Wu C. Direct hydrothermal synthesis of monoclinic VO2(M) single-domain nanorods on large scale displaying magnetocaloric effect / Wu C., Zhang X., Dai J., Yang J., Wu Z., Wei S., Xie Y. // Journal of Materials Chemistry - 2011. - T. 21 - № 12 - C.4509.

104. Li G. Synthesis of Urchin-like VO 2 Nanostructures Composed of Radially Aligned Nanobelts and Their Disassembly / Li G., Chao K., Zhang C., Zhang Q., Peng H., Chen K. // Inorganic Chemistry

- 2009. - T. 48 - № 3 - C.1168-1172.

105. Zhang S. Novel Flowerlike Metastable Vanadium Dioxide (B) Micronanostructures: Facile Synthesis and Application in Aqueous Lithium Ion Batteries / Zhang S., Li Y., Wu C., Zheng F., Xie Y. // The Journal of Physical Chemistry C - 2009. - T. 113 - № 33 - C.15058-15067.

106. Song Z. Controllable synthesis of VO 2 (D) and their conversion to VO 2 (M) nanostructures with thermochromic phase transition properties / Song Z., Zhang L., Xia F., Webster N.A.S., Song J., Liu B., Luo H., Gao Y. // Inorganic Chemistry Frontiers - 2016. - T. 3 - № 8 - C.1035-1042.

107. Li R. Synthesis and characterization of plate-like VO2(M)@SiO2 nanoparticles and their application to smart window / Li R., Ji S., Li Y., Gao Y., Luo H., Jin P. // Materials Letters - 2013. -T. 110 - C.241-244.

108. Uchaker E. Enhanced Intercalation Dynamics and Stability of Engineered Micro/Nano-Structured Electrode Materials: Vanadium Oxide Mesocrystals / Uchaker E., Gu M., Zhou N., Li Y., Wang C., Cao G. // Small - 2013. - T. 9 - № 22 - C.3880-3886.

109. Li M. Hydrothermal synthesis of VO2 (B) nanorings with inorganic V2O5 sol / Li M., Kong F., Zhang Y., Li G. // CrystEngComm - 2011. - T. 13 - № 7 - C.2204.

110. Man P. Hierarchically structured VO2@PPy core-shell nanowire arrays grown on carbon nanotube fibers as advanced cathodes for high-performance wearable asymmetric supercapacitors / Man P., Zhang Q., Sun J., Guo J., Wang X., Zhou Z., He B., Li Q., Xie L., Zhao J., Li C., Li Q., Yao Y. // Carbon - 2018. - T. 139 - C.21-28.

111. Pan A. Template-Free Synthesis of VO 2 Hollow Microspheres with Various Interiors and Their Conversion into V 2 O 5 for Lithium-Ion Batteries / Pan A., Wu H. Bin, Yu L., Lou X.W.D. // Angewandte Chemie - 2013. - T. 125 - № 8 - C.2282-2286.

112. Berezina O.Y. Synthesis of vanadium pentoxide micro- and nanofibers by electrospinning / Berezina O.Y., Kirienko D.A., Markova N.P., Pergament A.L. // Technical Physics - 2015. - T. 60 -№ 9 - C.1361-1366.

113. Paik T. Solution-Processed Phase-Change VO 2 Metamaterials from Colloidal Vanadium Oxide (VO x ) Nanocrystals / Paik T., Hong S.-H., Gaulding E.A., Caglayan H., Gordon T.R., Engheta N., Kagan C.R., Murray C.B. // ACS Nano - 2014. - T. 8 - № 1 - C.797-806.

114. Ke Y. Controllable Fabrication of Two-Dimensional Patterned VO 2 Nanoparticle, Nanodome, and Nanonet Arrays with Tunable Temperature-Dependent Localized Surface Plasmon Resonance / Ke Y., Wen X., Zhao D., Che R., Xiong Q., Long Y. // ACS Nano - 2017. - T. 11 - № 7 - C.7542-7551.

115. Liu K. Giant-Amplitude, High-Work Density Microactuators with Phase Transition Activated Nanolayer Bimorphs / Liu K., Cheng C., Cheng Z., Wang K., Ramesh R., Wu J. // Nano Letters -2012. - T. 12 - № 12 - C.6302-6308.

116. Tselev A. Electromechanical Actuation and Current-Induced Metastable States in Suspended Single-Crystalline VO 2 Nanoplatelets / Tselev A., Budai J.D., Strelcov E., Tischler J.Z., Kolmakov A., Kalinin S. V. // Nano Letters - 2011. - T. 11 - № 8 - C.3065-3073.

117. Wang K. Performance Limits of Microactuation with Vanadium Dioxide as a Solid Engine / Wang K., Cheng C., Cardona E., Guan J., Liu K., Wu J. // ACS Nano - 2013. - T. 7 - № 3 - C.2266-2272.

118. Zeng W. Research progress on the preparation methods for VO 2 nanoparticles and their application in smart windows / Zeng W., Chen N., Xie W. // CrystEngComm - 2020. - T. 22 - № 5 -C.851-869.

119. Liu H. Metamaterials based on the phase transition of VO 2 / Liu H., Lu J., Wang X.R. // Nanotechnology - 2018. - T. 29 - № 2 - C.024002.

120. Liu G. Self-Assembled VO 2 Mesh Film-Based Resistance Switches with High Transparency and Abrupt ON/OFF Ratio / Liu G., Wang S., Tok A.I.Y., White T.J., Li C., Layani M., Magdassi S., Li M., Long Y. // ACS Omega - 2019. - T. 4 - № 22 - C.19635-19640.

121. Seo G. Voltage-Pulse-Induced Switching Dynamics in VO2 Thin-Film Devices on Silicon / Seo G., Kim B.-J., Ko C., Cui Y., Lee Y.W., Shin J.-H., Ramanathan S., Kim H.-T. // IEEE Electron Device Letters - 2011. - T. 32 - № 11 - C.1582-1584.

122. Tutt L.W. A review of optical limiting mechanisms and devices using organics, fullerenes, semiconductors and other materials / Tutt L.W., Boggess T.F. // Progress in Quantum Electronics -1993. - T. 17 - № 4 - C.299-338.

123. Rini M. Optical switching in VO2 films by below-gap excitation / Rini M., Hao Z., Schoenlein R.W., Giannetti C., Parmigiani F., Fourmaux S., Kieffer J.C., Fujimori A., Onoda M., Wall S.,

Cavalleri A. // Applied Physics Letters - 2008. - T. 92 - № 18 - C.181904.

124. Kim H.-T. Mechanism and observation of Mott transition in VO 2 -based two- and three-terminal devices / Kim H.-T., Chae B.-G., Youn D.-H., Maeng S.-L., Kim G., Kang K.-Y., Lim Y.-S. // New Journal of Physics - 2004. - T. 6 - C.52-52.

125. Belyaev M.A. The Field Effect and Mott Transistor Based on Vanadium Dioxide / Belyaev M.A., Velichko A.A., Boriskov P.P., Kuldin N.A., Putrolaynen V. V., Stefanovitch G.B. // Journal on Selected Topics in Nano Electronics and Computing - 2014. - T. 1 - № 2 - C.26-30.

126. Mounasamy V. Vanadium oxide nanostructures for chemiresistive gas and vapour sensing: a review on state of the art / Mounasamy V., Mani G.K., Madanagurusamy S. // Microchimica Acta -2020. - T. 187 - № 4 - C.253.

127. Liao F. Ultrafast response flexible breath sensor based on vanadium dioxide / Liao F., Zhu Z., Yan Z., Yao G., Huang Z., Gao M., Pan T., Zhang Y., Li Q., Feng X., Lin Y. // Journal of Breath Research - 2017. - T. 11 - № 3 - C.036002.

128. Bohaichuk S.M. Fast Spiking of a Mott VO 2 -Carbon Nanotube Composite Device / Bohaichuk S.M., Kumar S., Pitner G., McClellan C.J., Jeong J., Samant M.G., Wong H.-. S.P., Parkin S.S.P., Williams R.S., Pop E. // Nano Letters - 2019. - T. 19 - № 10 - C.6751-6755.

129. Ge C. Gating-induced reversible HxVO2 phase transformations for neuromorphic computing / Ge C., Li G., Zhou Q., Du J., Guo E., He M., Wang C., Yang G., Jin K. // Nano Energy - 2020. - T. 67 -C.104268.

130. Nenashev R.N. Thermal decomposition of vanadyl acetylacetonate / Nenashev R.N., Mordvinova N.E., Zlomanov V.P., Kuznetsov V.L. // Inorganic Materials - 2015. - T. 51 - № 9 - C.891-896.

131. Su Q. Formation of vanadium oxides with various morphologies by chemical vapor deposition / Su Q., Huang C.K., Wang Y., Fan Y.C., Lu B.A., Lan W., Wang Y.Y., Liu X.Q. // Journal of Alloys and Compounds - 2009. - T. 475 - № 1-2 - C.518-523.

132. Ayupov B.M. Features of determination of thickness of dielectric films obtained in searching experiments / Ayupov B.M., Rumyantsev Y.M., Shayapov V.R. // Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques - 2010. - T. 4 - № 3 - C.452-457.

133. Spano S.F. Phase-selective Route to V-O Film Formation: A Systematic MOCVD Study Into the Effects of Deposition Temperature on Structure and Morphology / Spano S.F., Toro R.G., Condorelli G.G., Messina G.M.L., Marietta G., Malandrino G. // Chemical Vapor Deposition - 2015. - T. 21 - № 10-11-12 - C.319-326.

134. Antunez E.E. Porous silicon-VO 2 based hybrids as possible optical temperature sensor: Wavelength-dependent optical switching from visible to near-infrared range / Antunez E.E., Salazar-Kuri U., Estevez J.O., Campos J., Basurto M.A., Jiménez Sandoval S., Agarwal V. // Journal of Applied Physics - 2015. - T. 118 - № 13 - C.134503.

135. Makarevich A.M. Chemical synthesis of high quality epitaxial vanadium dioxide films with sharp electrical and optical switch properties / Makarevich A.M., Sadykov I.I., Sharovarov D.I., Amelichev V.A., Adamenkov A.A., Tsymbarenko D.M., Plokhih A. V., Esaulkov M.N., Solyankin P.M., Kaul A.R. // Journal of Materials Chemistry C - 2015. - T. 3 - № 35 - C.9197-9205.

136. Kumar S. Synthesis of vanadium oxide films with controlled morphologies: Impact on the metal-insulator transition behaviour / Kumar S., Lenoble D., Maury F., Bahlawane N. // physica status solidi (a) - 2015. - T. 212 - № 7 - C.1582-1587.

137. Louloudakis D. Thermochromic Vanadium Oxide Coatings Grown by APCVD at Low Temperatures / Louloudakis D., Vernardou D., Spanakis E., Katsarakis N., Koudoumas E. // Physics

Procedia - 2013. - T. 46 - C.137-141.

138. Koblmüller G. Growth and properties of InGaAs nanowires on silicon / Koblmüller G., Abstreiter G. // physica status solidi (RRL) - Rapid Research Letters - 2014. - T. 8 - № 1 - C.11-30.

139. Malheiros-Silveira G.N. III-V Compound Semiconductor Nanopillars Monolithically Integrated to Silicon Photonics / Malheiros-Silveira G.N., Lu F., Bhattacharya I., Tran T.-T.D., Sun H., Chang-Hasnain C.J. // ACS Photonics - 2017. - T. 4 - № 5 - C.1021-1025.

140. Arango Y.C. Quantum Transport and Nano Angle-resolved Photoemission Spectroscopy on the Topological Surface States of Single Sb2Te3 Nanowires / Arango Y.C., Huang L., Chen C., Avila J., Asensio M.C., Grützmacher D., Lüth H., Lu J.G., Schapers T. // Scientific Reports - 2016. - T. 6 - № 1 - C.29493.

141. Tian J. A new route to single crystalline vanadium dioxide nanoflakes via thermal reduction / Tian J., Liu F., Shen C., Zhang H., Yang T., Bao L., Wang X., Liu D., Li H., Huang X., Li J., Chen L., Gao H. // Journal of Materials Research - 2007. - T. 22 - № 7 - C.1921-1926.

142. Salazar-Kuri U. Formation of different micro-morphologies from VO 2 and ZnO crystallization using macro-porous silicon substrates / Salazar-Kuri U., Antúnez E.E., Estevez J.O., Olive-Méndez S.F., Silva-González N.R., Agarwal V. // Journal of Physics and Chemistry of Solids - 2017. - T. 104 - C.21-31.

143. Sohn J.I. Direct Observation of the Structural Component of the Metal-Insulator Phase Transition and Growth Habits of Epitaxially Grown VO 2 Nanowires / Sohn J.I., Joo H.J., Porter A.E., Choi C.-J., Kim K., Kang D.J., Welland M.E. // Nano Letters - 2007. - T. 7 - № 6 - C.1570-1574.

144. Li S.-Y. Erratum: "Thermochromic VO 2 nanorods made by sputter deposition: Growth conditions and optical modeling" [J. Appl. Phys. 114 , 033516 (2013)] / Li S.-Y., Namura K., Suzuki M., Niklasson G.A., Granqvist C.G. // Journal of Applied Physics - 2013. - T. 114 - № 23 -C.239902.

145. Mai L. Orientated Langmuir-Blodgett Assembly of VO 2 Nanowires / Mai L., Gu Y., Han C., Hu

B., Chen W., Zhang P., Xu L., Guo W., Dai Y. // Nano Letters - 2009. - T. 9 - № 2 - C.826-830.

146. Lu J. Highly sensitive and multispectral responsive phototransistor using tungsten-doped VO 2 nanowires / Lu J., Liu H., Deng S., Zheng M., Wang Y., Kan J.A. van, Tang S.H., Zhang X., Sow

C.H., Mhaisalkar S.G. // Nanoscale - 2014. - T. 6 - № 13 - C.7619-7627.

147. Son J.-H. Hydrothermal Synthesis of Monoclinic VO 2 Micro- and Nanocrystals in One Step and Their Use in Fabricating Inverse Opals / Son J.-H., Wei J., Cobden D., Cao G., Xia Y. // Chemistry of Materials - 2010. - T. 22 - № 10 - C.3043-3050.

148. Tian J. A new route to single crystalline vanadium dioxide nanoflakes via thermal reduction / Tian J., Liu F., Shen C., Zhang H., Yang T., Bao L., Wang X., Liu D., Li H., Huang X., Li J., Chen L., Gao H. // Journal of Materials Research - 2007. - T. 22 - № 7 - C.1921-1926.

149. Yin H. Fabrication and Temperature-Dependent Field-Emission Properties of Bundlelike VO 2 Nanostructures / Yin H., Luo M., Yu K., Gao Y., Huang R., Zhang Z., Zeng M., Cao C., Zhu Z. // ACS Applied Materials & Interfaces - 2011. - T. 3 - № 6 - C.2057-2062.

150. Nenashev R.N. Thermal decomposition of vanadyl acetylacetonate / Nenashev R.N., Mordvinova N.E., Zlomanov V.P., Kuznetsov V.L. // Inorganic Materials - 2015. - T. 51 - № 9 - C.891-896.

151. Dubrovskii V.G. Semiconductor nanowhiskers: Synthesis, properties, and applications / Dubrovskii V.G., Cirlin G.E., Ustinov V.M. // Semiconductors - 2009. - T. 43 - № 12 - C.1539-1584.

152. Noborisaka J. Catalyst-free growth of GaAs nanowires by selective-area metalorganic vapor-phase epitaxy / Noborisaka J., Motohisa J., Fukui T. // Applied Physics Letters - 2005. - T. 86 - № 21

- C.213102.

153. Ikejiri K. Growth characteristics of GaAs nanowires obtained by selective area metal-organic vapour-phase epitaxy / Ikejiri K., Sato T., Yoshida H., Hiruma K., Motohisa J., Hara S., Fukui T. // Nanotechnology - 2008. - T. 19 - № 26 - C.265604.

154. Xu L. Growth Process Modeling of III-V Nanowire Synthesis via Selective Area Metal-Organic Chemical Vapor Deposition / Xu L., Huang Q. // IEEE Transactions on Nanotechnology - 2014. - T. 13 - № 6 - C.1093-1101.

155. Grove A.S.Physics and Technology of Semiconductor Devices / A. S. Grove - John Wiley & Sons, 1967.- 366c.

156. Eversteyn F.C. A Stagnant Layer Model for the Epitaxial Growth of Silicon from Silane in a Horizontal Reactor / Eversteyn F.C., Severin P.J.W., d. Brekel C.H.J. v., Peek H.L. // Journal of The Electrochemical Society - 1970. - T. 117 - № 7 - C.925.

157. Wang L. Epitaxial Growth of Well-Aligned Single-Crystalline VO 2 Micro/Nanowires Assisted by Substrate Facet Confinement / Wang L., Ren H., Chen S., Chen Y., Li B., Zou C., Zhang G., Lu Y. // Crystal Growth & Design - 2018. - T. 18 - № 7 - C.3896-3901.

158. Zhong C.-Y. Enhanced thermal stability of VCSEL array by thermoelectric analysis-based optimization of mesas distribution / Zhong C.-Y., Zhang X., Liu D., Ning Y.-Q., Wang L.-J. // Chinese Physics B - 2017. - T. 26 - № 6 - C.064204.

159. Yang P. Semiconductor Nanowire: What's Next? / Yang P., Yan R., Fardy M. // Nano Letters -2010. - T. 10 - № 5 - C.1529-1536.

160. Fadlelmula M.M. Effects of Thickness on the Metal-Insulator Transition in Free-Standing Vanadium Dioxide Nanocrystals / Fadlelmula M.M., Surmeli E.C., Ramezani M., Kasirga T.S. // Nano Letters - 2017. - T. 17 - № 3 - C.1762-1767.

161. Albrecht T.R. Microfabrication of cantilever styli for the atomic force microscope / Albrecht T.R., Akamine S., Carver T.E., Quate C.F. // Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films - 1990. - T. 8 - № 4 - C.3386-3396.

162. Alves M.A.R. Fabrication of sharp silicon tips employing anisotropic wet etching and reactive ion etching / Alves M.A.R., Takeuti D.F., Braga E.S. // Microelectronics Journal - 2005. - T. 36 - № 1 -C.51-54.

163. Burt D.P. A simple method for high yield fabrication of sharp silicon tips / Burt D.P., Dobson P.S., Donaldson L., Weaver J.M.R. // Microelectronic Engineering - 2008. - T. 85 - № 3 - C.625-630.

164. Guo D. Symmetric Confined Growth of Superstructured Vanadium Dioxide Nanonet with a Regular Geometrical Pattern by a Solution Approach / Guo D., Zhao Z., Li J., Zhang J., Zhang R., Wang Z., Chen P., Zhao Y., Chen Z., Jin H. // Crystal Growth & Design - 2017. - T. 17 - № 11 -C.5838-5844.

165. Kim I.S. Increased Yield and Uniformity of Vanadium Dioxide Nanobeam Growth via Two-Step Physical Vapor Transport Process / Kim I.S., Lauhon L.J. // Crystal Growth & Design - 2012. - T. 12

- № 3 - C.1383-1387.

166. Frank F.C. The influence of dislocations on crystal growth / Frank F.C. // Discussions of the Faraday Society - 1949. - T. 5 - C.48.

167. Strelcov E. Local coexistence of VO2 phases revealed by deep data analysis / Strelcov E., Ievlev A., Belianinov A., Tselev A., Kolmakov A., Kalinin S. V. // Scientific Reports - 2016. - T. 6 - № 1 -C.29216.

168. Shimbo M. Defect-free nucleation of silicon on {111} silicon surfaces / Shimbo M., Nishizawa J., Terasaki T. // Journal of Crystal Growth - 1974. - T. 23 - № 4 - C.267-274.

169. Kimoto T. Surface diffusion lengths of adatoms on 6H- SiC{0001} faces in chemical vapor deposition of SiC / Kimoto T., Matsunami H. // Journal of Applied Physics - 1995. - T. 78 - № 5 -C.3132-3137.

170. Zhang S. From VO2 (B) to VO2 (A) nanobelts: first hydrothermal transformation, spectroscopic study and first principles calculation / Zhang S., Shang B., Yang J., Yan W., Wei S., Xie Y. // Physical Chemistry Chemical Physics - 2011. - T. 13 - № 35 - C.15873.

171. Leroux C. From VO2 (B) to VO2 (A) nanobelts: first hydrothermal transformation, spectroscopic study and first principles calculation. / Leroux C., Nihoul G., Tendeloo G. Van // Physical Review B -1998. - T. 57 - № 9 - C.5111-5121.

172. Khan Z. Carambola-shaped VO 2 nanostructures: a binder-free air electrode for an aqueous Na-air battery / Khan Z., Senthilkumar B., Park S.O., Park S., Yang J., Lee J.H., Song H.-K., Kim Y., Kwak S.K., Ko H. // Journal of Materials Chemistry A - 2017. - T. 5 - № 5 - C.2037-2044.

173. Kang Y.-B. Critical evaluation and thermodynamic optimization of the VO-VO2.5 system / Kang Y.-B. // Journal of the European Ceramic Society - 2012. - T. 32 - № 12 - C.3187-3198.

174. Dams F. Homogeneous Field Emission Cathodes With Precisely Adjustable Geometry Fabricated by Silicon Technology / Dams F., Navitski A., Prommesberger C., Serbun P., Langer C., Muller G., Schreiner R. // IEEE Transactions on Electron Devices - 2012. - T. 59 - № 10 - C.2832-2837.

175. Prestipino S. Systematic Improvement of Classical Nucleation Theory / Prestipino S., Laio A., Tosatti E. // Physical Review Letters - 2012. - T. 108 - № 22 - C.225701.

176. Kashchiev D.Nucleation : basic theory with applications / D. Kashchiev - Elsevier, 2000.- 544c.

177. Zhang Z. Control of ice nucleation: freezing and antifreeze strategies / Zhang Z., Liu X.-Y. // Chemical Society Reviews - 2018. - T. 47 - № 18 - C.7116-7139.

178. Liu X.Y. A new kinetic model for three-dimensional heterogeneous nucleation / Liu X.Y. // The Journal of Chemical Physics - 1999. - T. 111 - № 4 - C.1628-1635.

179. Fletcher N.H. Size Effect in Heterogeneous Nucleation / Fletcher N.H. // The Journal of Chemical Physics - 1958. - T. 29 - № 3 - C.572-576.

180. Lee J. Nonclassical nucleation and growth of inorganic nanoparticles / Lee J., Yang J., Kwon S.G., Hyeon T. // Nature Reviews Materials - 2016. - T. 1 - № 8 - C.16034.

181. Gómez L.R. Phase nucleation in curved space / Gómez L.R., García N.A., Vitelli V., Lorenzana J., Vega D A. // Nature Communications - 2015. - T. 6 - № 1 - C.6856.

182. Li Y. Corner-, edge-, and facet-controlled growth of nanocrystals / Li Y., Lin H., Zhou W., Sun L., Samanta D., Mirkin C.A. // Science Advances - 2021. - T. 7 - № 3.

183. Zhang H. Understanding Polymorphic Phase Transformation Behavior during Growth of Nanocrystalline Aggregates: Insights from TiO 2 / Zhang H., Banfield J.F. // The Journal of Physical Chemistry B - 2000. - T. 104 - № 15 - C.3481-3487.

184. Navrotsky A. Nanoscale Effects on Thermodynamics and Phase Equilibria in Oxide Systems / Navrotsky A. // ChemPhysChem - 2011. - T. 12 - № 12 - C.2207-2215.

185. Zhang T.H. Nucleation: What Happens at the Initial Stage? / Zhang T.H., Liu X.Y. // Angewandte Chemie International Edition - 2009. - Т. 48 - № 7 - С.1308-1312.

186. Zhang T.H. How Does a Transient Amorphous Precursor Template Crystallization / Zhang T.H., Liu X.Y. // Journal of the American Chemical Society - 2007. - Т. 129 - № 44 - С.13520-13526.

187. Cheng Y. The structure and growth mechanism of VO2 nanowires / Cheng Y., Wong T.L., Ho K.M., Wang N. // Journal of Crystal Growth - 2009. - Т. 311 - № 6 - С.1571-1575.

188. Jeyaselvan V. Thermally-induced optical modulation in a vanadium dioxide-on-silicon waveguide / Jeyaselvan V., Pal A., Anil Kumar P.S., Selvaraja S.K. // OSA Continuum - 2020. - Т. 3 - № 1 -С.132.

189. Kim K. A Novel Top-Down Fabrication Process for Vertically-Stacked Silicon-Nanowire Array / Kim K., Lee J.K., Han S.J., Lee S. // Applied Sciences - 2020. - Т. 10 - № 3 - С.1146.

190. Ni S. Wafer-scale 3D shaping of high aspect ratio structures by multistep plasma etching and corner lithography / Ni S., Berenschot E.J.W., Westerik P.J., Boer M.J. de, Wolf R., Le-The H., Gardeniers H.J.G.E., Tas N.R. // Microsystems & Nanoengineering - 2020. - Т. 6 - № 1 - С.25.

191. Laermer F. Method of anisotropically etching silicon / Laermer F., Schilp A. - 1996.

192. Liu H. A High-Sensitivity Methane Sensor with Localized Surface Plasmon Resonance Behavior in an Improved Hexagonal Gold Nanoring Array / Liu H., Chen C., Zhang Y., Bai B., Tang S. // Sensors - 2019. - Т. 19 - № 21 - С.4803.

193. Liu X. Highly ordered 3D-silver nanoring arrays (3D-AgNRAs) for refractometric sensing / Liu X., Liu W., Yang B. // Journal of Materials Chemistry C - 2019. - Т. 7 - № 25 - С.7681-7691.

194. Forcherio G.T. Nanoring structure, spacing, and local dielectric sensitivity for plasmonic resonances in Fano resonant square lattices / Forcherio G.T., Blake P., DeJarnette D., Roper D.K. // Optics Express - 2014. - Т. 22 - № 15 - С.17791.

195. Forcherio G.T. Polarizability extraction for rapid computation of Fano resonance in nanoring lattices / под ред. A.D. Boardman. , 2014. - 916330с.

196. Gao H. Ultraviolet broadband plasmonic absorber with dual visible and near-infrared narrow bands / Gao H., Zhou D., Cui W., Liu Z., Liu Y., Jing Z., Peng W. // Journal of the Optical Society of America A - 2019. - Т. 36 - № 2 - С.264.

197. Li J. Fabrication of cantilever with self-sharpening nano-silicon-tip for AFM applications / Li J., Xie J., Xue W., Wu D. // Microsystem Technologies - 2013. - Т. 19 - № 2 - С.285-290.

198. Tadjer M.J. Temperature and electric field induced metal-insulator transition in atomic layer deposited VO2 thin films / Tadjer M.J., Wheeler V.D., Downey B.P., Robinson Z.R., Meyer D.J., Eddy C.R., Kub F.J. // Solid-State Electronics - 2017. - Т. 136 - С.30-35.

199. Singh S. Proliferation of metallic domains caused by inhomogeneous heating near the electrically driven transition in VO2 nanobeams / Singh S., Horrocks G., Marley P.M., Shi Z., Banerjee S., Sambandamurthy G. // Physical Review B - 2015. - Т. 92 - № 15 - С.155121.

200. Vitale W.A. A Steep-Slope Transistor Combining Phase-Change and Band-to-Band-Tunneling to Achieve a sub-Unity Body Factor / Vitale W.A., Casu E.A., Biswas A., Rosca T., Alper C., Krammer A., Luong G. V., Zhao Q.-T., Mantl S., Schüler A., Ionescu A.M. // Scientific Reports - 2017. - Т. 7 -№ 1 - С.355.

201. Pergament A.L. Switching effect and the metal-insulator transition in electric field / Pergament A.L., Boriskov P.P., Velichko A.A., Kuldin N.A. // Journal of Physics and Chemistry of Solids - 2010. - Т. 71 - № 6 - С.874-879.

202. Thompson Z.J. Terahertz-Triggered Phase Transition and Hysteresis Narrowing in a Nanoantenna Patterned Vanadium Dioxide Film / Thompson Z.J., Stickel A., Jeong Y.-G., Han S., Son B.H., Paul M.J., Lee B., Mousavian A., Seo G., Kim H.-T., Lee Y.-S., Kim D.-S. // Nano Letters - 2015. - T. 15

- № 9 - C.5893-5898.

203. Xie R. An Electrically Tuned Solid-State Thermal Memory Based on Metal-Insulator Transition of Single-Crystalline VO2 Nanobeams / Xie R., Bui C.T., Varghese B., Zhang Q., Sow C.H., Li B., Thong J.T.L. // Advanced Functional Materials - 2011. - T. 21 - № 9 - C.1602-1607.

204. Joushaghani A. Voltage-controlled switching and thermal effects in VO 2 nano-gap junctions / Joushaghani A., Jeong J., Paradis S., Alain D., Stewart Aitchison J., Poon J.K.S. // Applied Physics Letters - 2014. - T. 104 - № 22 - C.221904.

205. Joushaghani A. Electronic and thermal effects in the insulator-metal phase transition in VO 2 nano-gap junctions / Joushaghani A., Jeong J., Paradis S., Alain D., Stewart Aitchison J., Poon J.K.S. // Applied Physics Letters - 2014. - T. 105 - № 23 - C.231904.

206. Stabile A.A. Separating electric field and thermal effects across the metal-insulator transition in vanadium oxide nanobeams / Stabile A.A., Singh S.K., Wu T.-L., Whittaker L., Banerjee S., Sambandamurthy G. // Applied Physics Letters - 2015. - T. 107 - № 1 - C.013503.

207. Simon Mun B. Role of joule heating effect and bulk-surface phases in voltage-driven metal-insulator transition in VO 2 crystal / Simon Mun B., Yoon J., Mo S.-K., Chen K., Tamura N., Dejoie C., Kunz M., Liu Z., Park C., Moon K., Ju H. // Applied Physics Letters - 2013. - T. 103 - № 6 -C.061902.

208. Sánchez L. Impact of the external resistance on the switching power consumption in VO 2 nano gap junctions / Sánchez L., Rosa A., Griol A., Gutierrez A., Homm P., Bilzen B. Van, Menghini M., Locquet J.P., Sanchis P. // Applied Physics Letters - 2017. - T. 111 - № 3 - C.031904.

209. Yoon J. Investigation of length-dependent characteristics of the voltage-induced metal insulator transition in VO 2 film devices / Yoon J., Lee G., Park C., Mun B.S., Ju H. // Applied Physics Letters

- 2014. - T. 105 - № 8 - C.083503.

210. Yoon J. Investigation on onset voltage and conduction channel temperature in voltage-induced metal-insulator transition of vanadium dioxide / Yoon J., Kim H., Mun B.S., Park C., Ju H. // Journal of Applied Physics - 2016. - T. 119 - № 12 - C.124503.

211. Xu G. Electron injection assisted phase transition in a nano-Au-VO2 junction / Xu G., Huang CM., Tazawa M., Jin P., Chen D.-M., Miao L. // Applied Physics Letters - 2008. - T. 93 - № 6 -

C.061911.

212. Appavoo K. Ultrafast Phase Transition via Catastrophic Phonon Collapse Driven by Plasmonic Hot-Electron Injection / Appavoo K., Wang B., Brady N.F., Seo M., Nag J., Prasankumar R.P., Hilton

D.J., Pantelides S.T., Haglund R.F. // Nano Letters - 2014. - T. 14 - № 3 - C.1127-1133.

213. Yang Z. Dielectric and carrier transport properties of vanadium dioxide thin films across the phase transition utilizing gated capacitor devices / Yang Z., Ko C., Balakrishnan V., Gopalakrishnan G., Ramanathan S. // Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics - 2010. - T. 82 -№ 20 - C.205101.

214. Beaumont A. Current-induced electrical self-oscillations across out-of-plane threshold switches based on VO 2 layers integrated in crossbars geometry / Beaumont A., Leroy J., Orlianges J.-C., Crunteanu A. // Journal of Applied Physics - 2014. - T. 115 - № 15 - C.154502.

215. Ruzmetov D. Electrical triggering of metal-insulator transition in nanoscale vanadium oxide junctions / Ruzmetov D., Gopalakrishnan G., Deng J., Narayanamurti V., Ramanathan S. // Journal of Applied Physics - 2009. - T. 106 - № 8 - C.083702.

216. Hormoz S. Limits on vanadium oxide Mott metal-insulator transition field-effect transistors / Hormoz S., Ramanathan S. // Solid-State Electronics - 2010. - T. 54 - № 6 - C.654-659.

217. Fry-Bouriaux L. Field-enhanced direct tunneling in ultrathin atomic-layer-deposition-grown Au-Al2O3 -Cr metal-insulator-metal structures / Fry-Bouriaux L., Rosamond M.C., Williams D.A., Davies A.G., Walti C. // Physical Review B - 2017. - T. 96 - № 11 - C.115435.

218. Choi K. A Focused Asymmetric Metal-Insulator-Metal Tunneling Diode: Fabrication, DC Characteristics and RF Rectification Analysis / Choi K., Yesilkoy F., Ryu G., Cho S.H., Goldsman N., Dagenais M., Peckerar M. // IEEE Transactions on Electron Devices - 2011. - T. 58 - № 10 -C.3519-3528.

219. Vitale W.A. Field-enhanced design of steep-slope VO2 switches for low actuation voltage IEEE, 2016. - 352-355c.

220. Sakai J. Pulsed laser-deposited VO 2 thin films on Pt layers / Sakai J., Zaghrioui M., Ta Phuoc V., Roger S., Autret-Lambert C., Okimura K. // Journal of Applied Physics - 2013. - T. 113 - № 12 -C.123503.

221. Suda M. Light-driven molecular switch for reconfigurable spin filters / Suda M., Thathong Y., Promarak V., Kojima H., Nakamura M., Shiraogawa T., Ehara M., Yamamoto H.M. // Nature Communications - 2019. - T. 10 - № 1 - C.2455.

222. Jeong H.K. Valence band of graphite oxide / Jeong H.K., Yang C., Kim B.S., Kim K. // EPL (Europhysics Letters) - 2010. - T. 92 - № 3 - C.37005.

223. Melitz W. Scanning tunneling spectroscopy and Kelvin probe force microscopy investigation of Fermi energy level pinning mechanism on InAs and InGaAs clean surfaces / Melitz W., Shen J., Lee S., Lee J.S., Kummel A.C., Droopad R., Yu E.T. // Journal of Applied Physics - 2010. - T. 108 - № 2 - C.023711.

224. Luth H.Solid Surfaces, Interfaces and Thin Films / H. Luth - Cham: Springer International Publishing, 2015.

225. Liao G.M. Dynamically tracking the joule heating effect on the voltage induced metal-insulator transition in VO 2 crystal film / Liao G.M., Chen S., Fan L.L., Chen Y.L., Wang X.Q., Ren H., Zhang Z.M., Zou C.W. // AIP Advances - 2016. - T. 6 - № 4 - C.045014.

226. Wang P. High aspect ratio sharp nanotip for nanocantilever integration at CMOS compatible temperature / Wang P., Michael A., Kwok C. // Nanotechnology - 2017. - T. 28 - № 32 - C.32LT01.